有关二氧化碳制备及性质的三个创新实验

金怡

摘要：围绕二氧化碳制备及性质设计了三组实验。“二氧化碳的产生”实验，利用一定高度的油层，延长了碳酸盐与酸反应时气泡存在的时间，使现象更明显、有趣。“二氧化碳的性质”实验，整合出在较短时间内、用较简单的操作验证二氧化碳多种性质的方法，可用于初中化学复习课教学。“二氧化碳的消失与再现”实验，从多角度验证二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应，培养学生的发散思维能力，可用于酸、碱、盐的复习教学。

关键词：二氧化碳；制备；性质；创新实验；对比实验

文章编号：1005–6629（2016）5–0065–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

二氧化碳可谓是初中化学的“明星”物质，在《义务教育教科书·化学·九年级全册》（人教版）中，都有与它相关的实验。在复习课的教学中，如果简单地重复教材中的实验，往往会因课堂教学时空的局限，难以系统再现。故可以以二氧化碳为线索，把散落在各个单元的知识点融会贯通，于是，设计了以下有关二氧化碳的系列对比实验，主要用于复习阶段的课堂教学。

1 实验一：二氧化碳的产生

1.1 创意来源

实验室用简易发生装置制取二氧化碳，在选择原料时，教师通常会演示实验：在装有大理石的2只烧杯中，分别倒入足量的稀盐酸和稀硫酸；另一只装有碳酸钠固体粉末的烧杯中，倒入足量的稀盐酸，对比产生气泡的速度。实验中，大理石和稀硫酸反应时只在固体表面缓慢产生少量气泡，反应很快停止，现象不明显，学生如果观察不仔细，就会误以为大理石不能与稀硫酸反应。碳酸钠粉末与稀盐酸反应过于剧烈，如反应物的量少，现象消失速度过快；如量多，液体易冲出容器口。为此，对此实验做如下改进：

（1）将酸溶液染色，在酸液上方倒入一定高度的植物油。植物油主要的作用有：第一，油层可以使下层液体中反应产生的气体，形成便于观察的气泡。当气泡涌出速度较快时，会将有色液珠拖拽至油层后又落下，放大了实验现象，增加了趣味性。第二，碳酸钠与稀盐酸反应剧烈，产生的气泡附着在固体表面，可使固体所受浮力增大，上升至油层，减少与酸的接触，使反应速度得到一定的控制。

（2）在锥形瓶口的橡胶塞上安装一根玻璃管，在其上端系牢一个小气球。

1.2 实验用品

仪器：250mL锥形瓶3只、单孔橡皮塞3只、镊子、烧杯2只、玻璃棒等

药品：450mL植物油、块状大理石、块状碳酸钠、200mL稀盐酸、100mL稀硫酸、少许食用色素（可溶于水，不能溶于油）、气球3只等

1.3 装置图

1.4 实验步骤及现象

（1）向瓶1中倒入100mL染色的稀硫酸，瓶2和瓶3中分别倒入100mL染色的稀盐酸。

（2）在3个锥形瓶中各倒入150mL大豆油。

（3）静置分层后，依次向瓶2、瓶3和瓶1中加入1粒块状大理石、1块碳酸钠固体和1粒块状大理石，3块固体均为蚕豆大小。加入固体后立即塞紧橡皮塞。

1.5 设计特色

（1）本实验利用一定高度的油层，延长了气泡存在的时间，可以清晰地对比3个反应产生二氧化碳气体的差异。实验现象明显，趣味性强。

（2）因为选用的食用色素不溶于油，所以油层可以反复使用。

2 实验二：二氧化碳的性质

2.1 创意来源

二氧化碳的性质，在《义务教育教科书·化学·九年级上册》（人教版）的第六单元的课题3中，其中一个实验为：在烧杯中固定2支高低不等的蜡烛，点燃后，将二氧化碳气体慢慢倒入烧杯中[1]，该实验成功率不高。另一个实验为：取4朵用石蕊溶液染成紫色的干燥小花，其中3朵分别接触稀醋酸、水、二氧化碳，1朵喷水后接触二氧化碳，变色后再用吹风机烘干[2]，该实验准备工作量大。这两个实验在同一课时，演示时间较长。为此，对此实验做如下改进：将这两个实验体现出的二氧化碳的性质整合到一个实验中，缩短演示时间，培养学生多方位观察现象、综合分析问题的能力，且适用于单元复习课教学。

2.2 实验用品

仪器：集气瓶（250mL）2只、燃烧匙、水槽等

药品：二氧化碳2瓶、空气2瓶、玻璃片4片、喷壶、蜡烛、火柴、蓝色石蕊试纸、水等

2.3 装置图

2.4 实验步骤及现象

（1）在收满二氧化碳的2个集气瓶口，分别盖上玻璃片，玻璃片朝向二氧化碳一面分别贴一张干燥的蓝色石蕊试纸和一张湿润的蓝色石蕊试纸（也可用多张蓝色石蕊试纸贴出有趣的图案）。

（2）将装有二氧化碳和空气的集气瓶如图2所示放置，抽出两个集气瓶间的玻璃片，观察试纸颜色。将玻璃片放置在空气中。

（3）1分钟后取下两只装空气的集气瓶，盖好玻璃片，分别伸入燃着的蜡烛，观察现象。

（4）再观察玻璃片上的石蕊试纸颜色。

2.5 设计特色

（1）本实验操作简单，成功率高，并节约了演示时间。

（2）实验现象除了体现二氧化碳的相关知识以外，还可运用分子是不断运动的、不同种分子的一般化学性质不同等相关知识来解释，将宏观现象与微观本质相联系，培养学生透过现象看本质的能力。

3 实验三：二氧化碳的消失和再现

3.1 创意来源

二氧化碳与氢氧化钠溶液反应时没有明显现象，为了证明两者确实可以反应，通常教师会准备2套相同的密闭装置，收满二氧化碳后，分别加入等体积的氢氧化钠溶液和水，使装置内压强减小，比较压强减小的幅度；或者用过量的酸来检验二者混合后的溶液中含有碳酸盐。本实验合二为一，装置简易，能培养学生的发散思维能力，可用于酸碱盐的复习教学。

3.2 实验用品

仪器：1.25L软质塑料瓶、60mL注射器1支

药品：氢氧化钠固体、无色酚酞溶液、37.5%的稀硫酸溶液40mL、水300mL、二氧化碳、蚕茧、细线等

3.3 装置图

3.4 实验步骤及现象

（1）向装满二氧化碳的软质塑料瓶中，倒入300mL滴有无色酚酞试液的水，把装有约3克氢氧化钠固体的蚕茧，用细线吊在瓶口内，立即旋紧瓶塞，振荡。塑料瓶略有收缩。

（2）反复倒转瓶身，用力振荡，溶液变红，塑料瓶进一步变瘪。

（3）将注射器中的40mL溶质质量分数为37.5%的稀硫酸溶液注入瓶中，振荡，溶液褪色，溶液中有许多小气泡，过一会儿，塑料瓶重新鼓起。

3.5 设计特色

（1）本实验操作方便，装置简单且可以多次反复使用，实验现象明显。

（2）通过从不同角度对比，使学生认识到氢氧化钠能与二氧化碳反应，对该反应一般要在溶液中进行、反应的产物中含有碳酸盐有了直观的深刻印象。

（3）培养学生全面观察、分析实验现象的能力。

参考文献：

[1][2]王晶，郑长龙主编.义务教育教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：117，118.

[3]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

[4]杨剑春主编.初中化学教学建议[M].南京：南京师范大学出版社，2009.

[5]杨剑春主编.课程标准的教学解析和实施建议·化学（九年级）[M].南京：江苏教育出版社，2012.

[6]蔡亚萍主编.中学化学实验设计与教学论[M].杭州：浙江教育出版社，2005.